L'invenzione del telescopio e il suo uso hanno dato la possibilità a molti astronomi di osservare la superficie di Marte. La scoperta delle due calotte polari con il loro periodico avanzamento e ritiro ha fatto sorgere l'ipotesi, oggi confermata, che il pianeta fosse soggetto ai cicli stagionali. Altri aspetti di somiglianza alla Terra, come la lunghezza del giorno, la quasi simile inclinazione dell'asse di rotazione, la durata dell'anno siderale (pressappoco doppia rispetto a quella terrestre) hanno alimentato la tesi dell'esistenza di forme di vita su Marte.
Il 12 marzo 2013 la NASA ha confermato che ci sono alte possibilità che un tempo sul pianeta ci fossero le condizioni per lo sviluppo di microrganismi nonostante non si abbia ancora la certezza assoluta. Questa conferma, arrivata dalla recente analisi di un campione di roccia raccolto dal rover Curiosity, ha permesso ai ricercatori della NASA di arrivare appunto alla conclusione che in tempi remoti Marte avesse probabilmente ospitato qualche forma di vita, sotto forma di microorganismi.
Prime ipotesi e i "canali"
Nel 1854 William Whewell teorizzò che Marte possedesse mari, terre e che potesse ospitare la vita; e, durante la grande opposizione di Marte del 1877, Giovanni Schiaparelli, un astronomo italiano, osservò sul pianeta formazioni scure, rettilinee. Queste linee intersecantisi, della lunghezza di migliaia di chilometri e larghezza 100–200 km, furono chiamate canali. L'osservazione diede l'avvio ad ipotesi, racconti e speculazioni sulla presenza di vita sul pianeta: si pensava infatti che delle forme di vita intelligenti incanalassero la poca acqua rimasta per la ridistribuzione planetaria.
William Wallace Campbell, astronomo statunitense, attraverso l'analisi spettroscopica scoprì che l'atmosfera di Marte era priva di acqua ed ossigeno e mise termine a qualsiasi discussione scientifica sull'argomento; i canali, frutto solamente di illusione ottica, rimasero esclusivamente come elementi delle storie di fantascienza.
L'apporto delle sonde spaziali Nel 1965 la sonda spaziale Mariner 4 inviò dalla sua orbita fotografie di Marte che mostravano un suolo arido, senza fiumi né mari. La superficie, ricca di crateri, indicava la probabile mancanza di una tettonica delle placche; secondo i rilevamenti il pianeta era privo di un campo magnetico, il che significava che veniva continuamente bombardato da radiazioni ultraviolette. Fu inoltre misurata una pressione atmosferica di 4-7 millibar, sicché l'acqua non poteva esistere allo stato liquido. Il quadro che veniva a delinearsi tendeva dunque ad escludere ogni possibilità di vita. Particolari batteri esistenti sulla Terra avrebbero potuto vivere nel suolo e nell'atmosfera marziana anche in quelle condizioni, ma mancavano gli esperimenti idonei a rilevarli.
La successiva missione, quella Viking, aveva il compito di rilevare la presenza di eventuali microrganismi nel terreno marziano. La ricerca fu molto influenzata e limitata dai resoconti fatti dal Mariner 4, ma uno degli esperimenti riportò alcuni risultati interessanti.
Programma Viking
Biology Flight Team Nel 1976 il Programma Viking portò due lander sulla superficie marziana a circa 6000 chilometri di distanza, per condurre alcuni rilevamenti, test ed esperimenti: uno condotto dalla NASA e tre da una squadra di biologi: il Labeled Release Life Detection Test, il Pyrolitic Release Test, e il Gas Exchange Experiment.
I tre esperimenti di biologia condotti dal Biology Flight Team (un centinaio di esperti) della dottoressa Patricia Ann Straat (poi autrice del libro "To Mars With Love" nel quale racconta tutta la vicenda), rivelarono reazioni chimiche inattese sulla superficie marziana, ma non diedero una chiara dimostrazione inconfutabile oltre ogni dubbio dell'esistenza di microorganismi nel terreno circostante al lander. Il test sulla vita diede risultato positivo mentre l'esperimento sulla presenza di composti organici alla base della vita diede un risultato negativo. In questa situazione all'epoca sembrava ovvio che il risultato fosse errato ed inconclusivo in quanto o il primo o il secondo test (o entrambi) potevano essere errati, fornendo risultati contrastanti, e così fu archiviato come esperimento non conclusivo, ambiguo ed equivoco. Solo dopo più di 30 anni furono scoperti i composti organici eventualmente anche possibili alla base della vita, e quindi attualmente sono attivamente ridiscusse tutte le conclusioni su cui era concorde la gran parte degli esperti NASA negli anni '70.
Life Test Il principale degli esperimenti, il Labeled Release Life Detection Test, detto "life test", ideato da Gilbert Levin sul metabolismo eterotrofo tipico del metabolismo animale, si basa sul fatto che sulla Terra quasi tutti gli organismi, come piante funghi animali e batteri, per estrarre energia utilizzano cicli metabolici tipo fermentazione e/o ciclo di Krebs, che producono come scarto composti basati sul carbonio, frequentemente biossido di carbonio.
L'esperimento esponeva 0.15 ml di un mix di vari tipi di nutrienti, tipo glicina, alanina e altri aminoacidi otticamente attivi includendoli in forma destrogira e levogira, acido glicolico e lattato carboidrato in entrambe le forme levogira e destrogira, in modo che tutti i tipi di isomeri più comuni sulla Terra fossero inclusi, rilasciandoli su un campione di suolo marziano di 0.5 cc, preparati in modo che fossero marcati radioattivamente contenendo carbonio 14 radioattivo; il principio sperimentale prevedeva che se i nutrienti fossero stati processati da una forma di vita, ad esempio microbica, si sarebbe prodotto un gas a base carbonica, come monossido o biossido di carbonio o metano, e quindi si sarebbe potuto rilevare col gascromatografo come isotopo 14 radioattivo; come controprova si sarebbe sterilizzato un altro campione di suolo alla temperatura di 160 C ripetendo il test, temperatura scelta poiché potesse essere abbastanza alta per estinguere ogni eventuale traccia di metabolismo animale conosciuto sulla Terra ma non alta abbastanza ad alterare l'azione ossidante della chimica del suolo marziano.
Un simile test era e viene usato tuttora per verificare la presenza di batteri nell'acqua potabile, in questa versione migliorata del Viking, venne aggiunto il carbonio 14 radioattivo per essere certi che il gas provenga solo dai nutrienti, fu aggiunta l'immissione di elio nella camera del campione in quanto gas inerte e stabile che eventualmente avrebbe neutralizzato fenomeni chimici non biologici dell'atmosfera, e fu aggiunto il test di controllo per essere certi che non fosse possibile un falso positivo dovuto alla chimica marziana.
L'esperimento fu testato parecchie volte con un controllo positivo in una zona desertica della California, dove venne rilevata la presenza di batteri anche se molto esigui, confermando la sensività molto accurata e venne registrata la curva di emissione di gas radioattivo; poi fu testato con un controllo negativo utilizzando lo stesso terreno che però era stato accuratamente sterilizzato, e fu confermato che l'esperimento non rilevava alcuna traccia di metabolismo.
Nel dettaglio spiegato dalla NASA, se quindi fosse stato rilevato gas radioattivo nell'esperimento su Marte, ci potrebbe essere vita microbica su Marte.
I rilevamenti Su entrambi i lander il test fu positivo, venne rilevato gas radioattivo per 7 giorni e fu ripetuto inizialmente per 3 cicli su entrambi i lander con lo stesso risultato; il test di controllo a 160 C venne effettuato solo su uno dei due lander (Viking 1) e col suolo sterilizzato ad alta temperatura come conferma non si verificò emissione di gas radioattivo per entrambe le 2 ripetizioni della prova.
Apparentemente quindi i test biologici attestavano la presenza di microorganismi nel suolo che metabolizzando attivamente i nutrienti radioattivi, emettevano gas radioattivo, con una curva di emissione uguale a quella dei microorganismi terrestri, mentre col suolo sterilizzato i nutrienti non venivano metabolizzati e come conferma non c'era emissione di gas radioattivo.
Venne conservato per 2 mesi (durante un periodo stagionale freddo) un campione positivo alla emissione di gas in un vano dell'apparato sperimentale "LR cell" (Labeled Release Cell), al buio, e il test fu ripetuto dopo i 2 mesi senza emissione di gas, che fu interpretato come conferma per morte degli eventuali microrganismi, forse per la deprivazione per mesi dalla luce solare e/o per il freddo, e sicuramente una riconferma dell'assenza di reazioni chimiche superossidanti del suolo che altrimenti sarebbero dovute permanere anche stando al buio.
Per fugare i dubbi circa l'azione diretta ultravioletta sul suolo marziano, venne fatto spostare dal braccio robotico del Viking un sasso marziano prima dell'alba e caricato un campione di suolo marziano sotto di esso, che secondo gli esperti probabilmente non era esposto al sole diretto da milioni se non miliardi di anni, ed il Life test fu ancora positivo, con una quantità di emissione radioattiva lievemente minore ma con la stessa curva dei precedenti test, e ugualmente agli altri precedenti l'esperimento di controllo con la sterilizzazione non presentò emissione di gas.
Sul Viking 2 l'esperimento di controllo fu eseguito su suolo soltanto riscaldato tra 46 C e 51 C, e l'emissione di gas fu confermata del 70% inferiore, come era stato predetto, poiché era stato interpretato come una diminuzione parziale del metabolismo, come accade sui microrganismi Terrestri che muoiono a temperature diverse, anche questi eventuali microorganismi marziani erano presumibilmente ancora presenti ma in quantità inferiore poiché il suolo non era stato completamente sterilizzato, ma solo parzialmente. La discussione Il Biology Team fu entusiasta, tutti i test e le relative controprove di verifica di entrambi i lander confermavano la consistenza dell'ipotesi di presenza di vita e la prova dell'assenza di reazioni ossidanti chimiche del suolo o ultraviolette in grado di falsare i test; le curve di emissione rilevate inoltre erano quasi identiche a quelle che si registrano sulla Terra in presenza di reazioni biotiche; nel frattempo però alla NASA arrivò il risultato di un altro esperimento per il rilevamento dei composti organici nel procedimento che utilizzava il GCMS (gas chromatograph mass spectrometer); il test non riportò l'esistenza di alcuna sostanza organica su Marte e quindi l'assenza assoluta di basi per la vita su Marte, mentre dal 2015 invece sono poi state rilevate in abbondanza con altri metodi più evoluti.